多波束声纳数字测深与改正模型

建立了多波束系统数字测深与波束角效应改正模型。根据多波束系统工作原理,建立多波束系统数字水深测量模型,对其中波束角效应产生的测深影响进行改正,进而模拟测量了海底地图,并以实际海底水深数据进行检验。结果表明,该模型比较符合理论分析及实际情况,测深改正效果明显。     

基于改进的三维Douglas-Peucker算法的多波束测深数据抽稀方法

 为压缩海量多波束测深数据,提出了一种利用三维D-P 算法进行多波束测深数据抽稀的方法。首先对三维D-P 算法中首基面的确定进行改进,使得算法运行效率提高数十倍,然后利用该算法对中国北部某海域的多波束测深数据进行数据抽稀的实验和验证,取得了较好的实验效果,表明该方法能够较好地抽取海底地形的特征点信息,适用于多波束测深数据的抽稀。该方法符合多波束测深系统的面测量模式,实现了三维空间下的具有全局性特点的数据抽稀,其渐进式数据选取方式,可以为建立海底地貌LOD（细节层次模型）提供不同精度要求的抽稀数据,具有良好的应用前景。     

基于总传播误差法构建海底地形模型

为了提高多波束数据处理效率,克服趋势面法、中值滤波法等对海底地形细节的损坏,采用总传播误差法进行多波束数据处理、构建海底地形模型(DTM)。研究结果表明:总传播误差法以实测数据误差计算为基础,依据IHO标准设置滤波器进行粗差自动剔除,避免了人机交互式编辑主观性判断的干扰,数据处理速度是人机交互式编辑的5倍。总传播误差法依据水深变化设置可变网格,保证了地形模型具有较高的分辨率,很好地保留了地形细节。总传播误差模型具有更强的抗差性,适合于海底热液区等复杂地形环境研究。     

针对多波束测深数据的抗差稳健估计滤波算法研究

多波束测深是获取水底地形的重要方法,针对多波束测深数据受到测船运动、假回声信号以及缺少检核条件而导致的异常值难以探测和剔除的问题,本文采用基于抗差的稳健估计滤波对测深异常值进行探测和剔除.对使用Seabat8125多波束测深系统测得的数据进行仿真处理,分别在平坦、倾斜和起伏这三种典型水底地形中随机加入不同幅度的异常值,然后基于抗差稳健估计滤波使用不同大小的滑动窗口对测深数据异常值进行探测和剔除,最后将处理结果与中值滤波和趋势面滤波进行对比分析.结果表明基于抗差的稳健估计滤波方法相比于其他两种方法可以更加有效的探测和剔除各种幅度的测深数据异常值且不受窗口大小的影响,进而为获取海水底地形提供准确的测深数据.     

基于多波束测深系统的隧道沉管覆土及沉降变化研究

该文基于RESON多波束测深系统对上海市某隧道沉管外部覆土厚度及沉降变化进行监测,利用多波束测深技术精度高、全覆盖、高密度的特性,经声速改正、潮位改正、姿态矫正获取密度0.5m的隧道河床坐标及高程点云数据;基于高精度曲面模型(HASM)构建隧道覆土三维显示模型,真实反映隧道河床地貌,推算隧道各沉管覆土厚度及沉降变化,并与往期数据对比反映阶段性变化。该文技术成果为水下工程覆土及沉降监测提供一种新的方法和测量手段,提高作业效率,并具有较高精度。     

抗差估计在多波束测深异常值探测中的应用

针对传统最小二乘趋势面滤波法在多波束测深异常值探测过程中存在的不足,提出一种基于抗差估计的选权迭代趋势面拟合滤波法,利用等价权将抗差估计理论与最小二乘趋势面拟合有机结合起来,以趋势面拟合系数求解模型作为判别异常值的迭代推值模型,介绍了多波束测深异常数据探测及滤波的基本步骤,结合仿真和实测数据采用不同滤波方案进行分析比对.研究结果表明:经选权迭代趋势面拟合法滤波后的海底地形表面较为平滑,同时微小地形得以保留,跳点以及孤立点得到剔除,滤波效果较为理想.     

多波束系统波束宽度对水深点不确定度影响分析

为了揭示多波束测深系统波束宽度对水深点垂直不确定度和水平不确定度的影响,采用理论分析和实验验证的方法,证明了波束宽度对不确定度的作用随波束倾斜角度的增加而增大;给出了波束宽度导致的垂直和水平误差计算模型,提出了波束宽度效应改正模型。该成果为准确计算水深点不确定度提供了理论依据。     

海洋多波束测深技术应用研究

本文以海洋多波束测深技术在海底管道探测中的应用为研究对象,论文首先分析了多波束测深系统及其校准方法,进而探讨了其在珠江三角洲地区海底输油管道探测中的应用思路,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行能有所裨益.     

基于小波分析的多波束声呐图像角度响应改正方法

多波束声呐图像在海底底质分类中具有重要应用,而角度响应(angular response,AR)对多波束声呐图像的影响较大,给声呐图像的判读带来了困难.为此,针对多波束角度响应曲线具有非平稳离散随机信号的特点,提出一种基于小波分析的多波束声呐图像角度响应改正方法.首先,将AR曲线进行小波分解,获得长波项和短波项;然后,...     

冷泉水体甲烷气体浓度反演方法研究

冷泉水体中的甲烷气体浓度异常不仅是海底天然气水合物赋存的重要标志,同时对于研究海洋环境以及全球气候变化具有重要的意义。在现有海底冷泉特征分析研究的基础上,建立了根据单波束测深数据定量获取冷泉水体中的甲烷气体浓度分布的反演方法,并以鄂霍次克海千岛盆地西北陆坡冷泉区为例,利用海试获取的12 kHz和20 kHz声学回波测深数据,对研究区域内冷泉水体中的溶解甲烷浓度进行了计算。通过与冷泉水体样本的色谱分析结果进行比对可见,该反演方法的计算结果与现场实测数据具有良好的一致性,并且由于在波束角和气泡共振效应方面的优势,12 kHz测深数据对应的反演结果与实测数据更为接近。同时,相关计算结果表明,该区域内水体中的溶解甲烷主要来自于冷泉释放的甲烷游离气。此外,现场观测结果表明,水合物稳定带底界以深区域内冷泉气泡表面的水合物结壳会显著延长气泡的上浮时间和距离。     

基于LMS自适应时延估计法的微地形测距系统研究

根据单波束超声波测距原理,向模拟海底钴结壳微地形的水池表面发射超声波,应用自适应滤波方法可以估计超声回波信号的时延,使最小均方误差（LMS）后的回波信号与参考信号之间方差达到最小值,此刻的延时量就是渡越时间t,从而求出探头与目标之间的距离。通过计算机仿真和试验结果表明,将最小均方误差自适应时延法应用于海底微地形高程数据的测量,获得测距精度高,能够适用于海底微地形的探测。     

多波束测深系统在向家坝水电站围堰测量中的应用

本文系统地阐述了多波束测深系统在向家坝水电站围堰施工中的应用,分析了多波束的扫测精度,得出多波束具有高效率、高分辩率、高可靠性等特点,完全能满足围堰施工区水下地形测量需要。     

基于消声水池的单波束测深仪精度评定方法

洋海回声测深是目前获得较高精度海底地形的重要手段,但其前提是对测深仪进行准确校正。提出在消声水池内用内符合和外符合的方法来评定单波束测深仪的精度和性能指标。实验表明,该精度评定方法和精度评定软件切实可行,能比较客观地检验测深仪的精度。     

基于C#的多波束测深数据预处理软件设计与实现

在研究了多波束测深数据预处理中的数据解码、声线跟踪、姿态改正、地理归位和粗差批处理的基础上,基于C#编程语言,设计并开发了一款多波束测深数据预处理软件,该软件同时还具备参数配置、测深数据编辑、精密系统辅助参数探测、视图设置等功能。同Hypack软件处理结果比较结果表明,本软件具有较高的精度和可靠性。     

多波束测深系统在炸礁竣工测量中的应用

本文系统地阐述了多波束测深系统在长江航道整治工程中的应用,分析了多波束的扫测精度,得出多波束具有高效率、高分辩率、高可靠性等特点,完全能满足炸礁工程炸礁区、弃渣区水下地形测量需要。     

多波束声纳水柱影像探测中底层水域目标的研究进展

介绍了利用多波束声纳水柱影像探测中底层水域目标的研究现状,以实例说明了多波束声纳水柱影像的典型应用,展望了其应用前景.多波束水柱影像携带了波束从换能器到海底的完整信息,可用于探测从海面至海底的声照射目标,包括探测航道障碍物、水雷和海底突起物等海底民用军事目标,检视水下工程,也可探测鱼群、海洋内波、羽状气流等中底层水域固体或非固体目标.通过改变波束照射方式,多波束声纳可兼作扇扫声纳,还可进行动态目标的探测与跟踪.多波束声纳水柱影像在水下目标探测中应用广泛,多波束声纳技术也发展迅速,典型特征是波束数增多、波束角减小、覆盖角度扩大、信号带宽增加、硬件体积缩小.高精度、高分辨率、三维立体测深成像将是未来多波束声纳的发展方向.未来多波束声纳技术将集成侧扫声纳、合成孔径声纳、扇扫声纳等多种水下声学成像工具于一体,其应用领域也将进一步拓展.     

基于多波束声呐系统的水深测量技术研究

本文以多波束声呐系统在水下地形测量中的应用为研究对象,探讨了多波束声呐系统的原理、数据处理方法,并以传统的扫床方式对多波束测深系统的质量的进行了检验,结果表明,在水深30m的情况下,通过3～4次的反复扫测完全能够达到测点间距为3.6cm,这样的测点密度完全能够检测到水下细小的礁石,能够非常详细地反映施工区域水下地形情况。且多波束测深系统的测量数据在施测过程中就可以实时显示水下区域的地形情况,测量数据不仅可以制作平面的地形图,还可以制作三维模型,展示的效果直观丰富。     

Visualization and Statistical Analysis on the Submarine Topography of the Radial Tidal Sandy Ridge System in the South Yellow Sea

南黄海辐射沙洲海底地形复杂多变,精细的数字地形模型、不同地形单元的立体可视模型及其定量统计值是进行海洋科学研究、海洋功能区与海域开发利用的基础.利用在辐射沙洲北翼进行的单波束测深获取的水深资料,根据残差分析,选择研究区现有水深数据最佳插值法——克里金法,生成海底地形的数字高程模型.运用水深分层设色法立体可视地表征了辐射沙洲的四种地形单元:浅滩、沙脊、潮流槽和宽谷.根据地形倾角可以定量地分析脊、槽等地形单元的坡形变化,整个沙洲以水平-微倾斜地形(倾角＜5°)为主,占总面积的60％,分布在宽谷、沙脊顶部和潮流槽中部等.地形剖面曲率分层设色可以更细致地刻画脊、槽相间地形单元的微地貌,并可定量分析不同地形单元的面积及所占比例.地形平面曲率和切线曲率可以指示不同地形单元的海洋动力特征,即:负值区水深较小、流场较强;正值区水深较大、流场较弱.     

南黄海辐射沙洲海底地形可视化与定量分析

南黄海辐射沙洲海底地形复杂多变,精细的数字地形模型、不同地形单元的立体可视模型及其定量统计值是进行海洋科学研究、海洋功能区与海域开发利用的基础.利用在辐射沙洲北翼进行的单波束测深获取的水深资料,根据残差分析,选择研究区现有水深数据最佳插值法——克里金法,生成海底地形的数字高程模型.运用水深分层设色法立体可视地表征了辐射沙洲的四种地形单元:浅滩、沙脊、潮流槽和宽谷.根据地形倾角可以定量地分析脊、槽等地形单元的坡形变化,整个沙洲以水平-微倾斜地形(倾角<5°)为主,占总面积的60%,分布在宽谷、沙脊顶部和潮流槽中部等.地形剖面曲率分层设色可以更细致地刻画脊、槽相间地形单元的微地貌,并可定量分析不同地形单元的面积及所占比例.地形平面曲率和切线曲率可以指示不同地形单元的海洋动力特征,即:负值区水深较小、流场较强;正值区水深较大、流场较弱.     

多波束测深系统在航道疏浚工程中的应用

本文主要对多波束测深系统在航道疏浚工程中的应用问题进行了探讨。首先对多波束测深系统的构成进行了论述;其次,对多波束侧深系统不同部分的安装问题进行了概述;再次,探讨了多波束测深系统在航道疏浚工程中的测量问题;最后,详细分析了多波束测深系统在航道疏浚过程中的具体应用。